新疆火焰山位于吐鲁番盆地的北缘。古书称之为“赤石山”，维吾尔语称“克孜勒塔格”（意为红山），由红色砂岩构成，东起鄯善县兰干流沙河，西至吐鲁番桃儿沟，形成一条赤色巨龙，东西走向，横卧于吐鲁番盆地中，全长98公里，南北宽9公里。一般高度500米左右，最高峰在鄯善县吐峪沟附近，海拔831.7米。

火焰山脉呈东西走向。东起鄯善县兰干流沙河，西止吐鲁番桃儿沟，长100公里，最宽处达10公里。火焰山重山秃岭，寸草不生。每当盛夏，红日当空，地气蒸腾，焰云燎绕，形如飞腾的火龙，十分壮观。明人吴承恩著名神话小说《西游记》；以唐僧师徒四人西天取经的故事而脍炙人口。第五十九和六十回，写唐三藏路阻火焰山，孙行者三调芭蕉扇的故事，更给火焰山罩上一层神秘的面纱。书中写道“西方路上有个斯哈哩国，乃日落之处，俗呼天尽头，这里有座火焰山，无春无秋，四季皆热。火焰山，有八百里火焰，四周围寸草不生。若过得山，就是铜脑壳、铁身躯，也要化成汁哩！”这段描写显系夸张，但高热这一基本特征与火焰山是完全符合的。

火焰山是天山东部博格达山坡前山带短小的褶皱，形成于印支—早燕山运动时期，改造定型于喜马拉雅运动时期.山脉的雏形形成于距今1.4亿年前，基本地貌格局形成于距今1.41亿年前，经历了漫长的地质岁月，跨越了侏罗纪、白垩纪和第三纪几个地质年代。